DE2352611C2 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Rollen, die mit Hülsen aus verschmolzenem SiO ↓2↓ versehen sind - Google Patents

Description

a) die das Siliziumstahlband tragenden Rollen werden im Ofen einer Atmosphäre ausgesetzt, deren maximaler Taupunkt etwa -I₁Il⁰C bei einer Temperatur im Bereich von im wesentlichen 760 und 1093° C beträgt,

b) die neu installierten, mit Oberflächenrauhigkeiten versehenen Rollen werden durch das Hindurchführen eines Siliziumstahlbandes poliert, das unter der Bedingung gemäß a) einer Wärmebehandlung unterworfen wird,

c) sobald sich SiO₂ auf den Rollenoberflächen abgelagert hat, wird die Wärmebehandlung im Ofen mit einem eine rauhe Oberfläche aufweisenden Siiiziumstahlband zur Entfernung des Rollenbelags fortgesetzt

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsdauer für neu installierte Rollen mit Siliziumstahlband annähernd 24 bis 72Std. beträgt und annähernd 16Std. zur Entfernung des Rollenbelags benötigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungstemperatur auf im wesentlichen 816⁰C gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das einen Siliziumgehalt von 3 Gew.-% oder höher aufweisende Siliziumstahlband vor dem kontinuierlichen Glühen einen Magnesiumüberzug erhält und danach zur Erzeugung einer abrasiven Oberflächenschicht kastengeglüht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das den hohen Siliziumgehali aufweisende Siiiziumstahlband vor dem kontinuierlichen Glühen durch Kaltwalzen eine rauhe Oberfläche erhält.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Rollen, die mit Hülsen aus verschmolzenem S1O2 versehen sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bekanntlich läßt sich Silizium-Stahlband sowohl in Spulenform glühen, indem es dem sogenannten »Chargenglühen« unterworfen wird, oder durch kontinuierliches Hindurchschicken des nicht aufgespulten Bandes durch einen Glühofen. Im letzteren Fall kann der Glühofen, bezogen auf den Bandverlauf im Ofen wahrend der Wärmebehandlung, senkrecht oder waagerecht angeordnet sein. Der waagerechte Ofen beeinflußt insofern die Produktqualität, als er ein spannungsfrei geglühtes Bandmaterial erzeugt. Er weist zu diesem Zweck einen Eintrittsteil mit elektrolytischen Reinigungs- sowie Wasch- und Trocknungseinrichtungen für das Bandmaterial auf und einen sich daran anschließenden Warmbehandlungsteil, bestehend aus einer gasbefeuerten Erwärmungszone, einer elektrisch beheizten Haltezone und einer gesteuerten Kühlzone, an die sich ein Austrittsteil anschließt Das Siiiziumstahlband wird bei seinem Durchgang durch den Warmbehandlungsteil von Rollen abgestützt auf denen sich Hülsen mit schmelzflußgebundenem Siliziumoxid befinden.

Während des Glühens des Siliziumstahlbandes in dem waagerechten Ofen werden Oxide des Siliziums und Kohlenstoffs abgegeben, letztere in Gasform als CO und CO₂. Siliziumdioxid (SiO₂) verbleibt dabei auf der Bandoberfläche und ähnelt sehr einem dünnen Glasüberzug, der sich in einem zähflüssigen Zustand befindet. Kleine Teile dieses Oxids werden oftmals durch die Rollenhülsenoberflächen an verschiedenen Stellen des Hülsenumfangs von dem Stahlband abgenommen. Dieser fleckige Materialaufbau auf den Rollenhülsenoberflächen hat zur Folge, daß auf dem Siiiziumstahlband, das später über die Rollenoberflächen läuft Eindrücke und Grübchen entstehen, die insbesondere dann nachteilig sind, wenn dieses Produkt später für Stator- und Rotorblechlamellen elektrischer Maschinen oder Vorrichtungen Verwendung finden soll. Verformungen der Oberfläche des Siliziumstahlbandes, das zur Herstellung solcher Lamellen verwendet wird, können nicht zugelassen werden, wenn bestimmte elektrische Eigenschaften verlangt werden.

Die Anfälligkeit von Siliziumst&hlband gegen Oberflächenverformung oder Oberflächeneindrücke hängt sehr von seinem Siliziumgehalt ab. Stahlband mit einem niedrigen Siliziumgehah von 0,5 bis 1 %, das verhältnismäßig weich ist ist am stärksten gegen Oberflächeneindrücke bzw. -abdrücke und Verformungen anfällig, während Stahlband mit einem mittleren Siliziumgehalt von 1 bis ."Wo eine geringere Anfälligkeit dieser Art besitzt, die aber immer noch nachteilig ist. Siliziumstahlband mit einem hohen Siliziumgehalt von über 3% zeigt den größten Widerstand gegen Oberflächenverformung durch beim Glühen von in Ofenrollen aufgenommene und angesammelte Teilchen.

Bisher war es üblich, diese Oxidteilchenaufnahme von den Ofenrollen durch Verwendung einer Spule rostfreien Stahlbandes zu entfernen, das warmgewalzt worden ist, um auf dem rostfreien Stahlband eine rauhe Oberfläche zu erzeugen. Diese Verfahrensweise macht es jedoch erforderlich, das rostfi eie Stahlband von der Spule abzuwickeln und in den Ofen hineinzufördern, woraufhin die Bandbewegung gestoppt wird. Dann müssen die Ofenrollen in umgekehrter Richtung angetrieben werden, um auf diese Weise den Oxidbelag auf den Umfangsflächen der Rollenhülsen durch Berührung zwischen den Umfangsflächen und der rohen Oberfläche des stationären rostfreien Stahlbandes »abzuschleifen«. Obgleich diese Verfahrensweise gewöhnlich insofern erfolgreich ist, als durch sie der Oxidbelag von den Umfangsoberflächen der Walzenhülsen entfernt wird, wirkt sie sich nachteilig auf die produktive Arbeitsweise des Warmbehandlungsofens aus.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, das Verfahren der genannten Art so zu verbessern, daß nicht nur die Produktivität gesteigert wird, sondern auch die sonst durch den Rollenbelag verursachte Verformung des Siliziumstahlbandes auf eifi Mindestmaß beschränkt oder ganz beseitigt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Umfarg der Materialaufnahme durch die Rollen und die Stärke der nachfolgenden Siliziumstahlbanddeformie- t rung von der Glühtemperatur und dem Feuchtigkeitsgehalt der Atmosphäre in dem kontinuierlichen Glühofen abhängen. Ein normaler Betriebszyklus zum Glühen von Siliziumstahlband in einem waagerechten, kontinuierlichen Glühofen findet bei einer Temperatur im Bereich zwischen 760 und 1093⁰C statt, wobei Dampf in die elektrisch beheizte Haltezone eingeleitet wird, um das Stahlband zu entkohlen. Eine normale Entkohlungsatmosphäre weist einen minimalen Taupunkt von 21,1⁰C auf. Diese beiden Bedingungen, nämlich die einer hohen Temperatur und die eines hohen Taupunkts, stellen das größte Problem bei der Materialansammlung auf der Rollenoberfläche dar. Die Temperatur zwischen 760 und 1093⁰C in einer Glühatmosphäre mi* einem maximalen Taupunkt von etwa -1,11⁰C bedeutet, daß das Materialaufnahmeproblem für die Rollen umgangen wird.

Bei dieser Verfahrensweise übt das Gewicht des sich bewegenden Siliziumstahlbandes eine unterstützende Kraft normal zu den Umfangsoberflächen der Rollen aus, wobei eine Betriebszeit ausgewählt wird, während der polierte Rollenoberflächen durch Verwendung von Produktionssiliziumstahlband für neu installierte Rollen erzeugt werden, um dadurch eine polierte, im wesentlichen porenfreie Oberfläche zu erhalten, und des weiteren durch Verwendung von eine hohe Oberfläche aufweisendem Siliziumstahlband zur Entfernung des RoI-lenbelags, um dadurch eine polierte Oberfläche zu erzeugen, die frei von Rollenbelag ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgeiräßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden beispielsweise beschrieben.

Es wurde festgestellt, daß der Oxidbelag auf den Hülsen der Siliziumband-Warmbehandlungsofenkammerrollen, auf denen sich Hülsen aus verschmolzenen Siliziumoxiden befinden, durch eine geeignete Behandlung oder Bearbeitung der Rollen auf ein Mindestmaß beschränkt werden kann, bevor diese den vielfältigen Betriebsbedingungen ausgesetzt werden, die während des Normalbetriebes des Ofens vorherrschen, bei dem SiIiziumband Wärmebehandlungen verschiedenen Grades unterworfen wird. Es wurde beobachtet, daß die neu hergestellten oder neu geschliffenen, mit Hülsen aus verschmolzenem Siliziumdioxid versehenen Kammerrollen, die in den Ofen eingebaut und einem Feuchtglühen bei hoher Temperatur unterworfen werden, in einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne von annähernd 3—7 Tagen nach dem Einbau eine erhebliche Menge des nachteiligen Oxidbelages aufweisen.

Eine solche schnelle Oxidbelagbildung oder Oxidaufnähme geschieht aufgrund des Oberflächenzustandes der Hülsen der neu angefertigten oder neu geschliffenen Rollen bzw. Walzen. Die Rollenhülsen weisen nicht nur Schleifspuren auf, die vo.i der vorher stattgefundenen Behandlung der Hülsenoberfläche herrühren, sondern auch die verschmolzene Siliziumdioxidoberfläche ist etwas porös. Wenn daher die neue Rolle anfänglich der hohen Temperatur und dem hohen Taupunkt ausgesetzt wird, wird das klebrige Oxid, das auf dem wärmebehandelten Siliziumband erzeugt wird, von den Hülsenporen sowie den Oberflächenfehlstellen aufgenommen, die sich bei der vorher stattfindenden oder vorbereitenden Oberflächenbehandlung ergeben.

Obgleich die aufgenommenen Oxidmengen gering sind, dringt das Oxid in die porösen Oberflächen der Hülsen ein und bildet dann die Grundlage für eine weitere kumulative Oxidaufnahme. Die mit der Hülse versehene Rolle muß daher anfänglich vorbehandelt werden, wobei sie eine kompakte Oberfläche erhält, an der nicht so leicht Oxide hängen bleiben können.

Das hier beschriebene Verfahren zur Oberflächenbehandlung neu installierter, unbenutzter Rollen besteht darin, den Ofenbetrieb anlaufen zu lassen, indem anfänglich Siliziumband im Ofen wärmebehandelt wird, wobei ein Trockenglühen (maximaler Taupunkt — 1,I⁰C) bei einer Temperatur zwischen 760 und 1093°C) vorzugsweise jedoch 816°C erforderlich ist Die Behandlung von Siliziumband, die ein solches Trokkenglühen erfordert, sollte wenigstens 24 Stunden dauern. Zusätzliche Vorteile lassen sich durch weitere Erzeugung von Siliziumband erreichen, das ein Trockenglühen bis zu 70 Stunden verlangt, bevor die Herstellung von Siliziumband aufgenommen wird, das bei seiner Behandlung eine höhere Temperatur und eine feuchte Atmosphäre erfordert.

Gewöhnlich erweist es sich als vorteilhaft, in dem Siliziumband während des kontinuierlichen Glühens die Zugspannung zu vergrößern, um die Berührung zwischen der Bandoberfläche und den Umfangsflächen der Kammerrollen auf ein Mindestmaß zu beschränken. Jedoch würd» bei der großen Ofenlänge, wie sie für horizontale, kontinuierliche Siliziumbandglühöfen typisch ist, die zur wesentlichen Verringerung des Banddurchhanges benötigte Zugspannung die gewünschten magnetischen oder elektrischen Eigenschaften, die in dem Band erzeugt werden sollen, nachteilig beeinflussen. Eine derartig hohe Zugspannung führte auch zu einem Einschnüren des Bandes. Bei dem hier beschriebenen, neuartigen Verfahren wird die normale, fahrdrahtähnliche Anordnung des Bandes zwischen den Kammerrollen mit gutem Erfolg benutzt. Das Bandgewicht übt während der Behandlung des Bandes in der Trockenglühatmosphäre eine zusätzliche Kraft normal zur Umfangsoberfläche der Rolle aus, wodurch auf der mit der Hülse versehenen Rolle eine polierte Umfangsoberfiäche geschaffen wird, die im wesentlichen frei von Poren ist, die, falls sie vorhanden wären, später zur Einlagerung von Bandoxiden führen würde. In den Fällen, in denen neue Rollen auf diese Weise konditioniert und behandelt werden, arbeitet die Glühstraße wenigstens 14 Tage lang ohne Oxidaufnahme.

Wenn dann die Aufnahme oder Ablagerung von Oxiden auf den mit Hülsen versehenen Kammerrollen sich zu entwickeln beginnt, wird zur Entfernung dieser aufgenommenen Oxide bzw. des Oxidbelages eine etwas abgewandelte Verfahrensweise benutzt. Diese abgewandelte Verfahrensweise enthält zwei Alternativen, die in Abhängigkeit von der Stärke des Oxidbelages auf den Rollen zur Anwendung gelangen.

Die erste Verfahrensalternative besteht darin, den Glühofen für das Glühen von Bandmaterial mit hohem Siliziumgehalt (3 Gew.-% oder höher), das vorher bei hoher Temperatur kastengeglüht wurde, vorbereitet wird. Bei der Behandlung von Siliziumband, das vor dem kontinuierlichen Glühen Kastenglühen erfordert, wird auf das Band vor dem Kastenglühen .ein Magnesiumoxidüberzug aufgetragen, der verhindert, daß sich die konzentrischen Wicklungen der Bandspule bei der hohen Temperatur, die während des Kastenglühens zur Anwendung gelangt, punktförmig verschweißen. Während des Kastenglühens verbinden sich das Magnesium

in diesem Überzug und das Silizium des Bandmaterials auf der Bandmaterialoberfläche zu einem Magnesiumsilikat Dieses Magnesiumsilikat verleiht dem Band eine abrasive Oberfläche.

Durch eine Behandlung dieses Siliziymbandes im Glühofen über annähernd 16 Stunden bei einer niedrigen Temperatur von etwa 816°C und in einer trockenen ■Atmosphäre (maximaler Taupunkt —1,1 ΓC) wird der Oxidbelag von den Kammerrollen effektiv entfernt, ohne daß dadurch nachteilige Wirkungen auf die Produktivität eintreten.

Alternativ dazu läßt sich, falls dies gewünscht wird, anstelle der vorherigen Kastenglühbehandlung von Siliziumband mit hohem Siliziumgehalt in dem kontinuierlichen Glühofen zur Entfernung des Oxidbelages von den Rollen der Ofen so einstellen, daß Siliziumband mit hohem Siliziumgehalt behandelt werden kann, das während seiner vorangegangenen Verfahrensstufe einem Yorkaltwalzdurchgang unterworfen worden ist

Aus dem obigen ergibt sich, daß die Produktionsverluste bei einem Siliziumbandglühofen, wie sie durch das Entfernen von Oxidbelag von den mit verschmolzenem Siliziumdioxid versehenen Kammerrollen bisher aufgetreten sind, bei Benutzung der neuartigen, hier vorgeschlagenen und beschriebenen Verfahrensweise vermieden werden. Durch die Oberflächenbehandlung neuer, mit Hülsen versehener Kammerrollen gemäß dem obigen Verfahren wird die Grundproduktion nicht nachteilig beeinflußt Desweiteren läßt sich durch Einstellen des Ofenproduktionsplanes nach dem oben beschriebenen Verfahren der Oxidbelag auf den Rollen entfernen, sobald er in Erscheinung tritt, ohne daii dadurch der Ofenbetrieb unterbrochen und die Produktivität des Ofens oder der Oberflächenzustand des Bandes beeinträchtigt werden.

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Patentansprüche:

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Rollen, die mit Hülsen aus verschmolzenem SiO₂ versehen sind, welche Siliziumstahlband bei dessen Durchgang durch einen kontinuierlichen Wärmebehandlungsofen tragen, in dem das Band Temperatu· ren und Glühbedingungen unterworfen wird, bei denen sich SiO₂, das durch Oxidation von aus der Bandoberfläche austretendem Si gebildet wird, auf den Rollenoberflächen ablagert, gekennzeichnet d u r c h die folgenden Schritte: